Алюминий ценится за легкий вес при условии хорошей пластичности и высокой стабильности. Но у чистого алюминия есть один серьезный недостаток, который сильно ограничивает сферу применения данного металла. Речь идет о низкой прочности.
Предел прочности чистого алюминия составляет всего 70-80 (МПа). Для сравнения, предел прочности простой углеродистой стали находится на уровне 300 (МПа).
Чтобы повысить прочностные характеристики легкого алюминия, в состав этого металла начали вводить различные добавки. В 1903 году немецкий металлург Альфред Вильм легировал алюминий медью, марганцем и магнием. Впоследствии алюминиевые сплавы системы Al-Cu-Mg, с добавлением Mn, окрестили дюралюминами, по названию города Дюрен, где было начато производство данного сплава.
На сегодняшний день можно насчитать десятки вариаций алюминиевых сплавов, легированных различными компонентами и подвергнутых различным видам дополнительной обработки. В обзоре пойдет речь о том, как выбрать сплав алюминия.
Прочностные характеристики и свойства алюминиевых сплавов могут сильно разниться между собой, обуславливая сферу применения той или иной алюминиевой системы, той или иной марки алюминиевого сплава.
Какие виды алюминиевых сплавов существуют.
Классификация алюминиевых сплавов
Весь спектр алюминиевых сплавов делят на 2 большие группы:
- Литейные
- Конструкционные
Как понятно, тип алюминиевого сплава определяет метод получения металлоизделий.
- Алюминиевые сплавы литейного типа используются для изготовления металлоизделий литьем. В таких сплавах предусматривается повышенная концентрация раскисляющих и газообразующих защитных присадок.
Обычно готовая металлическая отливка на основе алюминиевого сплава не требует какой-то дополнительной температурной или механической обработки, за исключением устранения мелких дефектов (раковины, наплывы, микронеровности).
- Алюминиевые сплавы конструкционного типа – обширная категория соединений на основе алюминия, которые используются при изготовлении алюминиевого металлопроката: проволока, листы, уголки, трубы и т.д.
Конструкционные алюминиевые сплавы делят на 2 подкатегории:
- Упрочненные давлением (деформируемые, нетермоупрочняемые)
- Упрочненные термообработкой (термоупрочняемые)
Тип упрочнения оказывает влияние на прочностные характеристики металлоизделия, уровень пластичности и химической однородности поверхностного слоя.
Как выбрать сплав алюминия высокой чистоты.
Технический алюминий
Чистый алюминий слабо подходит для изготовления даже простейших металлоизделий в виде проволоки. По этой причине вместо чистого алюминия используется сплав с добавлением небольшого количества вспомогательных компонентов.
Технический алюминий относится к конструкционным алюминиевым сплавам с упрочнением при помощи давления.
Доля алюминия в технических сплавах составляет от 99 до 99,8%. Остаток массовой доли приходится на железо и кремний.
Различают около 10 основных разновидностей технического алюминия, которые различаются между собой лишь концентрацией железа и кремния. Базовая марка технического алюминия называется «АД» или «1200». Этот сплав состоит из 99% алюминия и по 0,5% железа с кремнием.
Технический алюминий характеризуется низкой прочностью, высокой пластичностью и хорошей коррозионной стойкостью.
Какие еще существуют виды алюминиевого сплава.
Алюминий-марганцевые сплавы
Марганец добавляет алюминиевому сплаву прочности и твердости. При этом наблюдается заметное улучшение формования металлоизделия. Концентрация марганца в сплавах системы Al-Mn колеблется от 1 до 2%.
Промышленность использует 4 основные марки алюминий-марганцевого сплава:
- ММ (3005)
- АМц (3003)
- АМцС
- Д12 (3004)
Алюминий-марганцевый сплав Д12, он же 3004, еще называют «пивным алюминием». Это основной материал для изготовления пивных и прочих напитков в металлической банке.
Несмотря на улучшение эксплуатационных характеристик алюминия марганцевые марки относятся все к той же подгруппе сплавов низкой твердости. Алюминиевые сплавы системы Al-Mn входят в состав конструкционной группы металлов с упрочнением при помощи давления.
Как выбрать сплав алюминия повышенной прочности.
Алюминий-магниевые сплавы
Алюминиевые сплавы системы Al-Mg называют «магналиями». При введении в алюминий магния происходит заметное увеличение прочностных характеристик сплава.
1% магния дает прирост предела прочности около 20%.
Предел прочности алюминиевых сплавов в система Al-Mg находится в пределах 120-340 (МПа). Алюминиевые сплавы конструкционной группы имеют концентрацию магния от 1 до 5-6%. Если магния будет свыше 6%, то сплав будет подвержен межкристаллической коррозии.
Широкое распространение получили следующие марки алюминий-магниевого сплава:
- АМг2 (5251)
- АМг3 (5754)
- АМг5 (5056)
- АМг6
В алюминиевых сплавах литейного типа концентрация магния может достигать 7-15%. Чтобы нивелировать появление межкристаллической коррозии, сплав дополнительно легируют титаном, ванадием или хромом.
Магналии широко применяются при конструировании различных цистерн, баков и прочих емкостей. Магний-алюминиевые сплавы часто используются при создании декоративной облицовки и корпусных элементов.
Магний-алюминиевые сплавы хорошо поддаются механообработке, они просто шлифуются и легко полируются. Такой алюминий при анодировании получает красивую на вид и прочную защитную пленку.
Что еще нужно знать про виды алюминиевых сплавов.
Алюминий-магний-кремниевые сплавы
Сплавы системы Al-Mg-Si относят к «авиалям». Так сокращенно называют авиационный алюминий.
Авиаль принадлежит к алюминиевым сплавам конструкционной группы. С авиационного алюминия началась история развития термоупрочняемых сплавов. В отличии от алюминия, который упрочняется по действием давления, авиаль набирает прочность в процессе многочасового закаливания.
Предел прочности авиалей находится в диапазоне 240-350 (МПа).
К основным маркам авиационного алюминия можно отнести:
- АВ
- АД31 (6063)
- АД33 (6061)
- АД35 (6082)
Авиаль марки АД31 занимает лидирующие позиции в общемировом изготовлении алюминиевых сплавов.
Авиационный алюминий активно применяется при создании винтов и корпусных элементов летательных аппаратов. Из авиали изготавливаются детали корпусного обвеса для автомобилей премиум-класса. Алюминиевые сплавы системы Al-Mg-Si нередко применяются при изготовлении велосипедов, различной экипировки, а также корпусов смартфонов, ноутбуков и прочей электроники.
Как выбрать сплав алюминия в виде дюрали.
Алюминий-медно-магниевые сплавы
Алюминиевые сплавы системы Al-Cu-Mg относятся к обширному ряду «дюралей». Многие марки алюминий-медно-магниевых сплавов превосходят по прочности низколегированные стали.
Дюраль принадлежит к группе конструкционных сплавов с температурным упрочнением. В процессе закалки дюраль обретает прочность на уровне 450-500 (МПа). При этом сплавы остаются стабильными даже при нагреве до 150-175 С.
Алюминиевые сплавы серии дюраль являются несвариваемыми.
Широкое распространение получили алюминиевые сплавы системы Al-Cu-Mg следующих марок:
- Д1 (2017)
- Д16 (2024)
- Д18 (2117)
Дюраль марки Д16 появилась в 1946 году. Сплав был создан советскими металлургами в результате освоения технологии получения дюралюминов. Данный алюминиевый сплав лег в основу первого самолета-бомбардировщика Ту-4, способный нести атомное оружие.
Алюминий-цинко-магниевые сплавы
Сплавы алюминия системы Al-Zn-Mg отличаются повышенной прочностью при условии хорошей свариваемости.
При введении в состав алюминиевой системы меди появляется возможность для получения высокопрочных сплавов (В95 и В93).
Алюминий-цинко-магниевые сплавы подвержены воздействию коррозионных процессов. Металлоизделия из такого материала требуют дополнительной защиты анодированием, покраской или омеднением.
Композитные сплавы на основе алюминия
В последнее время достаточно активно развивается отрасль композитных сплавов на основе алюминия. Подобные материалы демонстрируют очень легкий вес при условии неплохого уровня прочности. При этом композитные сплавы с применением алюминия имеют максимально доступную цену, что заметно расширяет сферу применения подобных материалов.
Одним из наиболее перспективных композитов является сплав алюминия с никелем и лантаном. Данный сплав формирует так называемый армирующий каркас, заметно повышая прочностные характеристики металлоизделий.
Данный композит не требует применения мелкодисперсного алюминиевого порошка, производство которого составляет львиную долю стоимости изготовления металлоизделий.
